смазочные материалы



О Б Щ А Я     И Н Ф О Р М А Ц И Я

Моторные масла - это масла, предназначенные для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Их главная функция - уменьшение трения  и износа деталей двигателя. Однако моторные масла должны обеспечивать выполнение ряда других функций, не менее важных для работоспособности двигателей в течение заданного ресурса. В современных высокофорсированных двигателях работоспособны только легированные масла, т.е. масла, содержащие присадки - синтетические добавки к базовому маслу, придающие ему необходимые свойства, или усиливающие природные свойства базового масла. Содержание присадок составляет до 10-15% моторного масла. 

По составу базового масла различают три типа моторных масел: минеральные, частично синтетические и полностью синтетические. 

Одним из фундаментальных свойств моторного масла является вязкость и ее зависимость от температуры в широком диапазоне (от температуры холодного пуска двигателя при безгаражной стоянке автомобиля зимой до максимальной температуры масла в двигателе, работающем с максимальной нагрузкой). Поэтому первой стала классификация моторных масел по вязкости. Сегодня общепринятой в международном маштабе стала классификация SAE J300 (табл. 1). В последней редакции от декабря 1995 г. она подразделяет моторные масла на шесть зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W) и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60) классов. Всесезонные масла обозначают сдвоенным номером, один из которых соответствует зимнему, а другой - летнему классу, например, SAE 0W-30, 5W-40, 10W-40, 20W-50 и т.п. Для зимних масел установлены максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100оС. Для летних масел установлены пределы кинематической вязкости при 100оС и минимальные значения динамической вязкости при 150оС и скорости сдвига 106 с-1. Каждый класс зимнего или всесезонного масла характеризуется двумя значениями динамической вязкости при температуре, отличающейся на 10оС. Первое из них дает потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером, второе - о предельной температуре, при которой масляный насос будет прокачивать масло под давлением в процессе холодного пуска. Предельная температура прокачиваемости обязательно ниже, чтобы при холодном пуске избежать сухого трения в узлах, смазываем под давлением. 
 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ SAE J300 DEC 95 
Класс 
по SAE		 Низкотемпературная 
вязкость		 Высокотемпературная вязкость
Проворачи- 
вание*		 Прокачива- 
емость**		 Вязкость***, мм2/с, при 
100оС		 Вязкость****, 
мПа- с, при 
150оС и 
скорости 
сдвига 106с-1, 
не менее
Максималь- 
ная вяз- 
кость, 
мПа- с, при 
температу 
-ре, оС		 Максималь- 
ная вяз- 
кость, 
мПа- с, при 
температу 
-ре, оС		 Min Max
0W 3250 
при -30оС		 60000 
при -40оС		 3,8 - -
5W 3500 
при -25оС		 60000 
при -35оС		 3,8 - -
10W 3500 
при -20оС		 60000 
при -30оС		 4,1 - -
15W 3500 
при -15оС		 60000 
при -25оС		 5,6 - -
20W 4500 
при -10оС		 60000 
при -20оС		 5,6 - -
25W 6000 
при -5оС		 60000 
при -15оC		 9,3 - -
20 - - 5,6 <9,3 2,6
30 - - 9,3 <12,5 2,9
40 - - 12,5 <16,3 2,9*a
40 - - 12,5 <16,3 3,7*б
50 - - 16,3 <21,9 3,7
60 - - 21,9 <26,1 3,7
      * Вязкость измеряется по методу ASTM D 5293 на вискозиметре CCS. 
    ** Вязкость измеряется по методу ASTM D 4684 на вискозиметре MRV; 
         напряжение сдвига не допускается при любом значении вязкости. 
  *** Вязкость измеряется по методу ASTM D 445 на капилярном вискозиметре. 
**** Вязкость измеряется по методам ASTM D 4683 или CЕC L-36-A-90 на 
        коническом имитаторе подшипника. 
   *a  Это значение для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40. 
   *б Это значение для классов SAE 40, 15W-40, 20W-40, 25W-40. 



Необходимо отметить, что классификация SAE J300 распостраняется только на вязкостно-температурные свойства моторных масел и не сообщает информации о других эксплуатационных свойствах. Первая классификация моторных масел по условиям применения и уровням эксплуатационных свойств была предложена Американским институтом нефти (API) еще в 1947 г. С тех пор она многократно изменялась и дополнялась, но принцип подразделения моторных масел на две категории сохранялся всегда. К категории <S> (Service) относятся масла, предназначенные для 4-тактных бензиновых двигателей легковых автомобилей, микроавтобусов, пикапов; к категории <C> (Commercial) относятся масла, предназначенные для дизелей автотранспорта, дорожно-строительной техники и сельскохозяйственных машин. Универсальными называют масла, которые могут применяться для смазывания бензиновых двигателей и дизелей. 

Уровни эксплуатационных свойств по API в порядке их возрастания обозначают первыми буквами латинского алфавита, стоящими за буквами <S> или <C>, указывающими область применения. До сих пор в категорию Service были введены девять классов (SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ), а в категорию Commercial десять классов (CA, CB, CC, CD, CDII, CE, CF, CF-4, CF-2, CG-4). Цифры при обозначениях классов CDII, CF-4, CF-2, CG-4 дают дополнительную информацию о применимости масел данного класса в 2-тактных или 4-тактных дизелях соответственно. Для обозначения универсальных масел используют двойное маркирование, например, CF-4/SG, SH/CG-4 и т.п.

Устаревшие классы за ненадобностью исключены из классификации API. Сегодня в США сертифицируют только масла с вышими уровнями эксплуатационных свойств, а именно: SH и SJ для бензиновых двигателей,  CF, CF-2, CF-4 и CG-4 - для дизелей (табл. 2).


2. СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО API 
Категория 
и класс API		 Область и условия применения
Категория Service
SH Масла, предназначенные для бензиновых двигателей автомобилей, выпущенных в 1994 г. и ранее, заменяют масла класса SG.
SJ Те же, но с введением дополнительных требований в отрошении расхода масла в двигателе, энергосберегающих свойств (экономии топлива) и способности выдерживать нагрев, не образуя отложения.
Категория Commercial
CF Масла, предназначенные для дизелей внедорожной техники, имеющих разделённую камеру сгорания и работающих на топливе с повышенным содержанием серы (до 0,5%)
CF-4 Масла, предназначенные для 4-тактных дизелей грузовых автомобилей, осуществляющих перевозки по автострадам. Обладают лучшими моющими свойствами, чем масла класса СЕ и могут заменять их в дизелях, выпущенных до 1990 г.
CF-2 Масла, предназначенные для 2-тактных дизелей транспортных средств; земеняют масла класса CDII, так как обладают лучшими моющими и противоизносными свойствами.
CG-4 Масла, предназначенные для 4-тактных дизелей, внедорожных машин и грузовых автомобилей, выполняющих по токсичным выбросам нормы, установленные в США с 1994 г. В сравнении с маслами класса CF-4 обладают лучшими моющими, противоизносными, антикоррозионными свойствами, меньшей вспениваемостью при высокой температуре и хорошо сочетаются с малосернистыми дизельными топливами (содержание серы менее 0,05%). Заменяют масла CF-4 в ранее выпущенных двигателях.


Моторные масла, сертифицированные на соответствие тем или иным классам API, маркируются стандартным символом (рис. 1). В центре круга указывают класс вязкости по SAE. Категорию и класс по уровню эксплуатационных свойств указывают в верхнем полукольце, а наличие или отсутствие энергосберегающих свойств у данного масла указывают в нижнем полукольце. Если последнее не зеполнено, то данное масло не относится к энергосберегающим. 

В обозначениях универсальных масел могут встречаться упоминания исклученных классов API, например, CF-4/SG или SH/CD. 

Американские и японские автомобилестроители, сотрудничая в рамках Международного комитета по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC), разработали минимальные стандартные требования к моторным маслам для автомобильных бензиновых двигателей. Классификация ILSAC содержит пока два класса масел, обозначаемые GF-1 и GF-2. По уровням эксплуатационных свойств они практически идентичны маслам классов SH и SJ по API, но обязательно имеют высокие энергосберегающие свойства. 

Масла, сертифицированные API на соответствие классификации ILSAC, маркируют стандартным символом, показанным на рис. 2. 

Европейские автомобилестроители разработали и ввели с 1996 г. новую классификацию моторных масел, требования которой существенно отличаются (в сторону ужесточения) от требований классификаций API и ILSAC. Новая классификация Ассоциации европейских производителей автомобилей (ACEA) заменила пока еще используемую классификацию Комитета производителей автомобилей стран европейского Общего рынка CCMC. Следует иметь в виду, что в классификации ACEA (CCMC) сформулированы едининые требования к моторным маслам, согласованные 16 ведущими европейскими фирмами, производящими автомобили. Однако каждый член ACEA в дополнение к единым требованиям классификации может выдвигать (и на практике часто выдвигает) свои специфические требования либо путем ужесточения проходных оценок, либо путем введения дополнительных испытаний в двигателе собственной конструкции или лабораторных испытаний на совместимость масла с конструкционными материалами, используемыми данной фирмой. Такие дополнительные требования излагаются в фирменных спецификациях на моторные масла. 

Классификация ACEA подразделяет моторные масла на три категории по три класса в каждой. В табл.3 классификация моторных масел по ACEA представленна в сопоставлении с CCMC, API и ILSAC. Следует подчеркнуть, что речь идет о приблизительном соответствии классов, а не об их идентичности. 


3. СОПОСТАВЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИЙ МОТОРНЫХ МАСЕЛ 
Клас- 
сифи- 
кация		 Масла для бензиновых 
двигателей легковых 
автомобилей, 
микроавтобусов, 
фургонов		 Масла для дизелей 
легковых 
автомобилей, 
микроавтобусов, 
фургонов		 Масла для дизелей 
тяжёлых грузовиков, 
автопоездов
ACEA A1-96 A2-96 A3-96 B1-96 B2-96 B3-96 E1-96 E2-96 E3-96
CCMC (отменена) - G-4 G-5 - PD-2 - D-4 D-4+ D-5 
(SHPD*)
API - SG SH - - - CD CD+ CF-4
ILSAC - GF-1 GF-2 - - - - - -
*SHPD - Super High Performance Diesel - дизельные масла со сверхвысокими эксплуатационными свойствами


Классификация ACEA (в отличие от классификации API) выделяет масла для дизелей легковых автомобилей в самостоятельную категорию, так как в Европе доля таких автомобилей значительно больше, чем в США. 

Масла классов А1-96 и А2-96 отличаются только тем, что первые - это энергосберегающие масла. То же относится к маслам классов В1-96 и В2-96. Все прочие эксплуатационные свойства могут быть идентичны и соответствуют стандартному уровню. Масла классов А3-96 и В3-96 отвечают высшим современным требованиям. По моюще-диспергирующим, противоизносным, антиокислительным свойствам они существенно выше масел двух предшествующих классов. На рис. 3 показаны типичные температурные диапазоны работоспособности наиболее часто используемых всесезонных, а также сезонных (зимних и летних) масел. 
 


Еще раз подчеркнем, что для двигателей различной конструкции температурные пределы работоспособности масла данного класса SAE существенно отличаются. Они зависят от мощности стартера, пусковой частоты вращения, производительности масляного насоса, гидравлического сопротивления маслоприемного тракта и многих других факторов. 

Трансмиссионные масла работают в режимах высоких скоростей скольжения, давлений и широком диапазоне температур. Их пусковые свойства и длительная работоспособность должны обеспечиваться в интервале температур от минус 60оС до +150оС. 

Многообразие вырабатываемых трансмиссионных масел, предназначенных для разнообразной техники, вызвало необходимость разработки и использования их классификаций, которые позволяют правильно выбрать сорт масла для данной конструкции трансмиссии. В США и странах Западной Европы получили распространение две системы классификации автотракторных трансмиссионных масел: 
   - классификация SAE J 306 C (Американского общества автомобильных инженеров) по вязкостно-температурным свойствам (табл. 4); 
   - классификация API (Американского нефтяного института) по эксплуатационным свойствам. 

Эти классификации дополняют одна другую, и их совместное использование обеспечивает правильный выбор необходимого сорта масла. 


4. КЛАССИФИКАЦИЯ SAE J 306 C  
Показатели Класс вязкости по SAE
70W 75W 80W 85W 90 140 250
Вязкость при 100оС, мм2\с: 
минимальная 
максимальная		 4,1 
-		 4,1 
-		 7,0 
-		 11,0 
-		 13,5 
<24,0		 24,0 
<41,0		 41,0 
-
Максимальная температура, оС, при вязкости 150 Па-с -55 -40 -26 -12 - - -


Масла SAE 70W, 75W, 80W, 85W и соответствующие всесезонные масла SAE 75W-90, 80W90, 85W-140 рекомендуются для использования в странах с холодным климатом в качестве зимних или всесезонных. 

По классификации API трансмиссионные масла делят на 5 групп в зависимости от конструкции агрегатов трансмиссий и условий их эксплуатации: GL1..GL5. При этом масла группы GL5 отвечают требованиям самых современных конструкций (в том числе гипоидных передач) в очень тяжелых условиях работы с высокими скоростями скольжения и ударными нагрузками. Многие изготовители автомобилей имеют собственные методы испытаний трансмиссионных масел первой заправки, например General Motors, Ford, MAN , Mercedes-Benz, Renk, Voith, Volkswagen, Zahnradfabrik и некоторые другие. Большинство автомобильных фирм Западной Европы полностью или в качестве основы используют спецификации США MIL-L-2105B или MIL-L-2105C. 

Масла (или жидкости) для автоматических коробок передач имеют особые маркировки, наиболее распространенные из которых - Type A, Type F, Dexron, Mercon. Различаются они в основном фрикционными характеристиками. Все эти жидкости представляют собой минеральные масла с хорошей низкотемпературной текучестью. Type A и Dexron соответствуют требованиям, предъявляемым к автоматическим трансмиссиям General Motors, Mercon - к автоматическим трансмиссиям Ford, выпущенным после 1981 г., а Type F - к Ford выпуска до 1981 г. Это не означает что они не годятся для коробок передач других производителей - привязка к фирме означает лиш, что масла разрабатывались по ее заказу и сертифицировались ее специалистами. 

Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами (графитами, например). При невысокой температуре и отсутствии нагрузки смазка сохраняет форму, приданную ей ранее, а при нагреве и под нагрузкой начинает слабо теч - настолько слабо, что не выходит из зоны трения и не просачивается через уплотнения. 

Основными показателями качества смазок являются температура каплепадения и уровень пенетрации. Температура каплепадения показывает, до каких пределов можно нагреть смазку, чтобы она не превратилась в жидкость и, следовательно, не потеряла своих свойств. Измеряют ее очень просто: кусочек смазки определенной массы нагревают равномерно со всех сторон, плавно повышая температуру до тех пор, пока с него не упадет первая капля. Температура каплепадения смазки должна быть на 10-20оС выше максимальной температуры нагрева узла, в котором она используется. 

Термин "пенетрация" ("проникновение") своим появлением обязан методу измерения: при 25оС на поверхность смазки кладут стандартный металлический конус и определяют глубину его погружения (в миллиметрах). Чем глубже проникает конус, тем легче смазка будет выдавливаться из зоны трения. Некоторые фирмы, считая недостаточным указывать только класс смазки, приводят еще и уровень пенетрации. 

Международная классификация пластичных смазок по консистенции NLGI (National Lubricating Grease Institute, USA) делит их на 9 классов (табл. 5). Критерием деления является уровень пенетреции.


5. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК ПО КОНСИСТЕНЦИИ
Класс Диапазон пенетрации Визуальная оценка консистенции
000 445...475 Очень мягкая, аналогичная очень 
вязкому маслу
00 400...430 То же
0 355...385 Мягкая
1 310...340 То же
2 265...295 Вазелинообразная
3 220...250 Почти твердая
4 175...205 Твердая
5 130...160 То же
6 85...115 Очень твердая, мылообразная